(57)【要約】【課題】曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する衝撃吸収部材において、従来よりも高いエネルギー吸収効率を有する衝撃吸収構造体を提供する。【解決手段】本発明によれば、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する衝撃吸収部材において、各部位における繊維強化材の積層構成を工夫することで異なる材料特性を付与し、各部位の破壊順序をコントロールすることにより、従来よりも高いエネルギー吸収効率を有する衝撃吸収構造体を提供することができる。【選択図】        図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向と短手方向とを有し、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する中空の衝撃吸収部材であって、
前記衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位と、これら圧縮部位と引張部位との両端側を連結する一対の側方部位と、を有し、
前記圧縮部位、引張部位、及び、側方部位には、シート状繊維強化材を積層して形成された積層体が配置され、
前記圧縮部位に配置された積層体は、繊維方向が前記長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が前記短手方向であるシート状繊維強化材と、を少なくとも一層ずつ積層して形成されたものであり、
前記側方部位に配置された積層体は、繊維方向が前記長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が前記短手方向に対して所定の傾斜角度を有するシート状繊維強化材と、を少なくとも一層ずつ積層して形成されたものである衝撃吸収部材。
【請求項２】
前記引張部位に配置された積層体は、繊維方向が前記短手方向に対して所定の角度を有するシート状繊維強化材を少なくとも一層積層して形成されたものである請求項１記載の衝撃吸収部材。
【請求項３】
前記シート状繊維強化材は、炭素繊維強化プラスチックにより形成されたものである請求項１又は２記載の衝撃吸収部材。
【請求項４】
請求項１から３いずれか記載の衝撃吸収部材を構造部材に用いた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃吸収部材に関し、特に、高い比エネルギー吸収量を有する衝撃吸収部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軽量且つ高強度の構造部材として、アルミに加えて、繊維強化材料が用いられている。繊維強化材料は、複合材料を繊維で強化したものであり、繊維強化ゴム（ＦＲＲ）、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化セラミックス（ＦＲＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が知られている。これらのうち、繊維強化材料として最もよく利用されるＦＲＰは、マトリクス（素地）としてプラスチックを使用したもので、強化材としては一般に、炭素やガラス等の繊維が使用されることが知られている。
【０００３】
ＦＲＰの強化材として炭素繊維を使用したものは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）とよばれる。ＣＦＲＰは、先端複合材料の中核に位置し、軽量、高強度、高弾性率材料として、航空分野、宇宙分野等に欠くことのできない構造材料として知られている。ＣＦＲＰ材は、炭素繊維の配向に応じて異なる構造及び性質を持つ、ユニダイレクショナル材（ＵＤ材）や、クロス材が知られている。ＵＤ材は、炭素繊維をうすく一方向に並べてエポキシ樹脂等により成型した素材形態である。一方、クロス材はカーボン繊維などの繊維を織物又は編物として、エポキシ樹脂等により成型した素材形態である。これらのＣＦＲＰは、鉄の約２５％の重量と軽量ながら、耐熱性及び耐蝕性に優れる。
【０００４】
ところで、従来より、自動車等の衝撃吸収部材として、乗員の保護対策及び燃費向上等の観点から、軽量且つ高強度の構造部材であるアルミニウム材やアルミニウム合金材が用いられている。特に、フロントピラー、センターピラー、リアピラー等の自動車側部に使用されるビーム材においては、衝突時の衝撃から乗員を保護するために、より優れたエネルギー吸収量を有する衝撃吸収部材が望まれている。
【０００５】
例えば、自動車の側部構造材に設置されるフレームでは、単一材料を押出成型やプレス成型し、断面形状を閉断面化、大断面化して強度及び剛性を上げ、衝突時のエネルギー吸収量の増大が図られている。一般に、側面衝突時の変形モードとしては、センターピラーを例に挙げると、上部サイドルーフレールと下部サイドシルを支点として折れ曲がる、３点曲げによる曲げ変形を受ける。従って、側部構造材としては、曲げの荷重に対する耐久力が強く、曲げによるたわみが小さいことが望まれる。
【０００６】
また、自動車の側部構造部材であるピラーでは、アルミニウム材又はアルミニウム合金材を用いた場合、同じ重量で大きな断面２次モーメントを得るために中空構造が採用されている。このようなアルミニウム等の衝撃吸収部材は、衝撃によって加わる荷重が最大強度に達した直後に荷重強度が急激に減少するという性質がある。これは、加わる荷重が降伏点を越えると、小さな荷重で容易に衝撃吸収部材が変形するため、一旦降伏点を越えると車体の変形量が大きいことを意味する。即ち、降伏点を越えると耐え得る荷重が小さくなり、小さい荷重で大きな車体の変形を生じるため、荷重と変位の積で算出されるエネルギー吸収量は結果的に小さくなる。従って、ピラー等の衝撃吸収部材としては、荷重が最大強度に達して降伏点を越えた後、降伏点近傍の荷重が引き続き加わったとしても、一定の変位に達するまでは荷重強度を保持し続けるものであることが望まれる。
【０００７】
これに関し、特許文献１には、アルミ中空形材の引張面側にＦＲＰ材を隣接して一体化させた部材が開示されている。これは、圧縮面側に塑性変形容易な部材を使用し、引張面側に高強度軽量部材を使用することで、圧縮面側で衝撃吸収を受け持ち、引張面側では面の変化量を少なくすることで大きなエネルギー吸収と小さな変形を実現しようとする技術である。
【特許文献１】特開平０６−１０１７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で開示された衝撃吸収部材では、圧縮側への荷重により、圧縮側とその側面が座屈変形し、この座屈変形する部分にのみ荷重が集中する。これは、直接的に圧縮面が荷重により押される力に加えて、側面が圧縮面からの荷重に抵抗することで曲げ荷重が発生し、この曲げ荷重も座屈変形部分に集中するからである。荷重が座屈変形部分に集中してしまうと、衝撃吸収部材の荷重に対する強度は、座屈変形部分の強度に依存してしまう。さらに、特許文献１に開示の衝撃吸収部材においては、アルミとＦＲＰがボルトにより接合されているため、このような構造であると、荷重による変形に伴ってボルト接合部に応力が集中するため、この発明特有の利点を発揮する以前に接合部から破断に至るおそれがある。ボルトの代わりに接着剤を用いたとしても、接着剤の強度でビーム剤全体の強度の上限が決まってしまう。
【０００９】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、衝撃吸収部材の座屈変形部分に荷重と変形が集中することを回避することで、従来よりも高いエネルギー吸収率を有する衝撃吸収部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する衝撃吸収部材において、各部位における繊維強化材の積層構成を工夫することで異なる材料特性を付与し、各部位の破壊順序をコントロールすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のような衝撃吸収部材を提供する。
【００１１】
（１）長手方向と短手方向とを有し、曲げ変形を行うことにより衝撃を吸収する中空の衝撃吸収部材であって、前記衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位と、この圧縮部位に対向し引張応力が発生する引張部位と、これら圧縮部位と引張部位との両端側を連結する一対の側方部位と、を有し、前記圧縮部位、引張部位、及び、側方部位には、シート状繊維強化材を積層して形成された積層体が配置され、前記圧縮部位に配置された積層体は、繊維方向が前記長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が前記短手方向であるシート状繊維強化材と、を少なくとも一層ずつ積層して形成されたものであり、前記側方部位に配置された積層体は、繊維方向が前記長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が前記短手方向に対して所定の傾斜角度を有するシート状繊維強化材と、を少なくとも一層ずつ積層して形成されたものである衝撃吸収部材。
【００１２】
（１）の発明によれば、圧縮部位には、繊維方向が前記長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が前記短手方向であるシート状繊維強化材とを少なくとも一層ずつ積層された積層体を配置し、側方部位には、繊維方向が前記長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が前記短手方向に対して所定の傾斜角度を有するシート状繊維強化材とを少なくとも一層ずつ積層された積層体を配置する。これによって、衝撃吸収部材に衝撃による荷重が加わったときに、破壊ひずみの小さい圧縮部位の座屈変形部分である端部を先に破壊させることにより、側方部位の座屈変形部分にかかるひずみエネルギーを段階的に開放することができる。この結果、側方部位の座屈変形部分にかかる荷重と変形の集中が回避され、側方部位の短手方向への亀裂進展による著しい荷重の低下を防ぐことができる。さらに、側方部位の長手方向に強化繊維を配置することで、曲げ変形時に発生する引張力に対して抵抗力を増加させることができる。したがって、従来よりも高いエネルギー吸収効率を有する衝撃吸収部材を提供することができる。
【００１３】
（２）前記引張部位に配置された積層体は、繊維方向が前記短手方向に対して所定の角度を有するシート状繊維強化材を少なくとも一層積層して形成されたものである（１）記載の衝撃吸収部材。
【００１４】
（２）の発明によれば、（１）に加え、引張部位を構成する部材には、繊維方向が前記短手方向に対して所定の角度を有するシート状繊維強化材を積層した積層体を配置する。これによって、引張部位は、周方向より一定の角度を有する強化繊維により曲げ変形時に発生する引張力に対して抵抗力が増す。したがって、圧縮部位への衝撃荷重に対し、引張部位側での変形を少なくすることができる。これにより、圧縮部位側で衝撃吸収を受け持つ一方で、引張部位側では衝撃による変形量を減少させ、大きなエネルギー吸収と小さな変形を実現する衝撃吸収部材を提供することが出来る。
【００１５】
（３）前記シート状繊維強化材は、炭素繊維強化プラスチックにより形成されたものである（１）又は（２）記載の衝撃吸収部材。
【００１６】
（３）の発明によれば、曲げを受ける従来の構造材料を軽量・高強度な繊維強化材料に置換することで重量効率が上がり、より高いエネルギー吸収効率を有する衝撃吸収部材を提供することができる。
【００１７】
（４）（１）から（３）いずれか記載の衝撃吸収部材を構造部材に用いた自動車。
【００１８】
上記のように、自動車においては乗員の保護対策のために、例えば、フロントピラー、センターピラー、リアピラー等の自動車側部に使用されるビーム材として中空の衝撃吸収部材が使用されており、優れた衝撃エネルギー吸収が期待されている。このため、本発明に係る衝撃吸収部材は、自動車に使用されるビーム材などに好適に使用できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、衝撃吸収部材に対して衝撃による荷重が加わったときに、圧縮部位の座屈変形部分である端部に亀裂を発生させることで、側方部位の座屈変形部分にかかるひずみエネルギーを段階的に開放することができる。これにより、側方部位の座屈変形部分にかかる荷重と変形の集中が回避され、側方部位の短手方向への亀裂進展による著しい荷重の低下を防ぐことができる。さらに、側方部位の長手方向に強化繊維を配置することで、曲げ変形時に発生する引張力に対して抵抗力を増加させることができる。したがって、従来よりも高いエネルギー吸収効率を有する衝撃吸収部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
本発明の実施形態に係る衝撃吸収部材２００は、例えば、図１に示すような自動車５０のセンターピラー１０に適用することができる。図２は、図１におけるＡ付近の拡大図であり、側面衝突時に曲げ変形を受けるセンターピラー１０である。なお、図２では、自動車５０の側面部の構造部材に対して本発明を適用したが、自動車５０の構造部材であれば適用可能であり、例えば、フロントピラーやリアピラーに本発明の衝撃吸収部材２００が使用されてもよい。
【００２２】
衝撃吸収部材２００は、強化繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、玄武岩繊維を使用することが可能であり、これらの繊維の母材として、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の樹脂のほか、アルミを採用できる。具体的には、繊維方向を一方向に揃えたシート状一方向ＵＤ材や繊維を織り込んだクロス材、及びプレプリグをこれらの母材に積層したものであってもよい。
【００２３】
ここで、ＵＤ材とは、ＦＲＰ材の素材形態の一つである。強化繊維をほぼ一方向に揃えて固めたシート状のＦＲＰをシート状ＵＤ材とし、このシート状ＵＤ材を繊維方向に積層したものを、一方向ＵＤ材とする。一方向ＵＤ材は、繊維方向の引張強度が強いため、異方性を有するＦＲＰ材料である。また、一方向ＵＤ材とは異なり、繊維方向が積層する層ごとに異なっていてもよい。積層する際には、１枚ずつ交互に積層してもよいし、同じ繊維方向を有するシート状ＵＤ材を２枚以上重ねて、これを１つのセットとして、セットごとに交互に積層してもよい。
【００２４】
クロス材は、ＦＲＰ材の素材形態の一つであって、ＦＲＰ材の強化繊維の構造として繊維を織り込むことで織物状に配向したシート状ＦＲＰ材、又はこのシート状ＦＲＰ材を積層したＦＲＰ材である。即ち、クロス材とは、強化繊維の套を一本もしくは複数本ずつ編むことで平面を構成し、その平面に樹脂等のマトリクスを使用し固めたＦＲＰ材である。織物状を形成するための編み方としては、平織りや綾織りであってよい。一方向ＵＤ材とは異なり、一般に、クロス材は、その強度においては等方性を有するＦＲＰ材料である。
【００２５】
プレプリグは、未硬化の繊維強化材料の全般を意味し、繊維強化材料として、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、繊維強化ゴム（ＦＲＲ）、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化セラミックス（ＦＲＣ）なども含む意味である。
【００２６】
繊維方向とは、炭素繊維を組み合わせてＦＲＰ材を形成する際に、炭素繊維を一方向に揃えることにより決定される繊維の向きである。また、衝撃吸収部材の面に対して一の繊維方向による角度が定まり、これを繊維配向角度（配向角）と呼ぶ。繊維配向角度は、衝撃吸収部材の重心を通り衝撃吸収部材の長手方向に延びる中心軸と繊維方向から定まる角度である。
【００２７】
図３から図５は、本発明の衝撃吸収部材における好適な積層構成を示したものである。
【００２８】
図３は、衝撃を直接受けることにより圧縮応力が発生する圧縮部位２１０の積層構成であり、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを少なくとも一層ずつ積層して形成したものである。具体的には、繊維配向角が０度と９０度のＣＦＲＰのＵＤ材を積層したもの（以下、ＣＦＲＰのＵＤ材［０／９０］とする。）を少なくとも一層ずつ積層した構成が好ましく用いられる。
【００２９】
図４は、圧縮部位２１０と引張部位２３０との両端側を連結する一対の側方部位２２０の積層構成であり、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向に対して所定の傾斜角度を有するシート状繊維強化材とを少なくとも一層ずつ積層して形成されたものである。具体的には、繊維配向角が４５度、−４５度及び０度のＣＦＲＰのＵＤ材を積層したもの（以下、ＣＦＲＰのＵＤ材［４５／−４５／０］とする。）を少なくとも一層ずつ積層した構成が好ましく用いられる。
【００３０】
図５は、圧縮部位２１０に対向し引張応力が発生する引張部位２３０の積層構成であり、繊維方向が短手方向に対して所定の角度を有するシート状繊維強化材を少なくとも一層積層して形成されたものである。具体的には、繊維配向角が０度と９０度のＣＦＲＰのＵＤ材を積層したもの（以下、ＣＦＲＰのＵＤ材［０／９０］とする。）を少なくとも一層ずつ積層した構成であればよい。なお、積層回数については特に限定されず、上記を配置した層を少なくとも一層有していればよい。
【００３１】
ここで、従来一般的な衝撃吸収部材１００に荷重が加わったときの概念図を図６に示す。一般に自動車５０のセンターピラー１０は、上部サイドルーフレール１１と下部サイドシル１２を支点（図６における支点７００）として折れ曲がる、図６に示すような三点曲げを受ける。三点曲げにおいては、センターピラー１０の側方部位にかかる荷重として、荷重方向だけでなく座屈による曲げ荷重も生じる。これは、荷重を直接受ける圧縮部位の座屈に引きずられるためである。これにより、座屈により生じる曲げ荷重による変形に伴い断面積が減少し、エネルギー吸収量を低下させる。
【００３２】
一方、本発明により得られる衝撃吸収部材２００を用いた場合、側方部位２２０の破壊ひずみが圧縮部位２１０の破壊ひずみより大きいため、一定の荷重に対し、側方部位２２０より先に圧縮部位２１０端部に亀裂２１１が発生する（図７）。これにより、側方部位２２０に生じていた圧縮部位２１０からの座屈による曲げ荷重が生じなくなる。さらに、側方部位２２０の支持条件を両端固定支持（図８）から片側移動ピン支持（図９）に擬似的に変えることができ、ひずみエネルギーを段階的に開放することになり、側方部位への負荷の集中を緩和することができる。これにより、座屈変形部分の荷重及び曲げ荷重の集中も回避することができ、側方部位２２０の破壊による亀裂２２１の進展を防ぐことができる。これは、側方部位２２０にひずみ量の大きい部材を使用することで、荷重時に、圧縮部位２１０の端部が「くの字」に破壊変形されるが、破壊による亀裂２１１が生じるため、座屈変形部分に荷重が集中しないからである。
【００３３】
すなわち、圧縮部位２１０に荷重がかかることで、側方部位２２０にも引張力が生じるが、圧縮部位２１０端部に亀裂が発生するため、圧縮部位２１０側の座屈変形に引きずられることなく側方部位２２０が圧縮変形することで、座屈による曲げ応力を生じさせずに、座屈変形部分の荷重の集中を回避できるためである。
【００３４】
さらに、単に側方部位の破壊ひずみを大きくするだけでなく、長手方向に強化繊維を配置することで、曲げ変形時に発生する引張力に対して抵抗力が増加し、さらにエネルギー吸収効率を向上させることができる。
【００３５】
ここで、繊維方向を繊維配向角度０度及び繊維配向角度９０度に積層した層（ＣＦＲＰのＵＤ材［０／０／９０／０］ｓ及びＣＦＲＰのＵＤ材［０／９０／０／９０］ｓ）を使用した場合（８ｐｌｙ）と、繊維配向角度を所定の傾斜角度を有するように積層した層（ここでは、ＣＦＲＰのＵＤ材［４５／１３５／４５／１３５］ｓとする。）を使用した場合（８ｐｌｙ）における、破壊ひずみを比較した表を図１０に示す。なお、破壊ひずみとは、引張試験時における破断ひずみである。図１０の表に示されるように、長手方向への引張試験において、ＣＦＲＰのＵＤ材[４５／１３５／４５／１３５]ｓは、ＣＦＲＰの一方向ＵＤ材［０／０／９０／０］ｓ及びＣＦＲＰのＵＤ材［０／９０／０／９０］ｓよりも、引張によるひずみが、７倍となった。この結果から、長手方向に対し所定の傾斜角度を有するように積層することで破壊ひずみが大きくなることが分かる。ここで、８ｐｌｙとは、プレプリグで構成した強化繊維材料を８層に積層したものである。また、ｓとは、各層の構成が上下対称の意を表す。
【実施例】
【００３６】
＜実施例１＞
実施例１では、圧縮部位にＣＦＲＰのＵＤ材［０／０／９０／０］ｓを用い、側方部位にＣＦＲＰのＵＤ材［４５／１３５／０／０］ｓを用い、引張部位にＣＦＲＰのＵＤ材［０／０／９０／０］ｓを用いた。すなわち、圧縮部位は、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを積層して形成し、側方部位は、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が長手方向に対して４５度及び１３５度の傾斜角度を有するシート状繊維強化材とを積層して形成し、引張部位は、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを積層して形成した層を有する構成とした（８ｐｌｙ）。
【００３７】
＜比較例１＞
比較例１は、全面にＣＦＲＰのＵＤ材［０／９０／０／９０］ｓを用いた。すなわち、衝撃吸収部材の圧縮部位、側方部位及び引張部位に繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを積層して形成した層を有する構成とした（８ｐｌｙ）。
【００３８】
＜比較例２＞
比較例２は、圧縮部位にＣＦＲＰのＵＤ材［０／０／９０／０］ｓを用い、側方部位にＣＦＲＰのＵＤ材［４５／１３５／９０／９０］ｓを用い、引張部位にＣＦＲＰのＵＤ材［０／０／９０／０］ｓを用いた。すなわち、圧縮部位は、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを積層して形成し、側方部位は、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が長手方向に対して４５度及び１３５度の傾斜角度を有するシート状繊維強化材とを積層して形成し、引張部位は、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを積層して形成した層を有する構成とした（８ｐｌｙ）。
【００３９】
＜比較例３＞
比較例３は、圧縮部位にＣＦＲＰのＵＤ材［０／０／９０／０］ｓを用い、側方部位にＣＦＲＰのＵＤ材［４５／１３５／４５／１３５］ｓを用い、引張部位にＣＦＲＰのＵＤ材［０／０／９０／０］ｓを用いた。すなわち、圧縮部位は、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを積層して形成し、側方部位は、繊維方向が長手方向に対して４５度及び１３５度の傾斜角度を有するシート状繊維強化材を積層して形成し、引張部位は、繊維方向が長手方向であるシート状繊維強化材と、繊維方向が短手方向であるシート状繊維強化材とを積層して形成した層を有する構成とした（８ｐｌｙ）。
【００４０】
＜評価＞
実施例１及び比較例１から３について、三点曲げ試験を行ったときの荷重変位特性の結果を図１２に示す。図１１は、実施例及び比較例１から３の圧縮部位、側方部位及び引張部位の各積層構成を表した表である。なお、衝撃吸収部材は、断面が５０ｘ５０ｍｍであり、長手方向６００ｍｍを使用した。また、いずれのＵＤ材にも強化繊維として東邦テナックス（株）製カーボン繊維ＨＴＡを用い、マトリクスとしてエポキシ樹脂（＃１１２）を用いた。
【００４１】
比較例１は、図１２より、一定の荷重を受けた後、比較的初期の段階で降伏点に達した。これは、圧縮部位と側方部位に破壊ひずみの差を設けていないため、側方部位の短手方向に亀裂が生じ、この亀裂が曲げ荷重により進展し、荷重が急激に低下したためである。したがって、エネルギー吸収量が荷重と変位の積により算出されることを考慮すると、比較例１は、エネルギー吸収量が低いことが分かった。
【００４２】
比較例２は、図１２より、比較例１よりも降伏点は高くなったが、比較例１と同様、一定の荷重で降伏点に達し、その後、急激に荷重が低下した。これは、傾斜角４５度の強化繊維により降伏点は上昇したが、曲げ変形時に支持スパンが十分に長く、荷重部におけるせん断荷重が小さいと見なせる構造部材においては、短手方向ではなく長手方向に圧縮荷重がかかるため、長手方向に強化繊維を有さない比較例２は、一定の荷重を受けた後、降伏点に達し、荷重が低下する。したがって、エネルギー吸収量が荷重と変位の積により算出されることを考慮すると、比較例２は、エネルギー吸収量が低いことが分かった。
【００４３】
比較例３は、図１２より、降伏点は比較例２より低いが、比較例１及び２と比べると、降伏点近傍の著しい荷重の低下は見られず、一定の変位に達するまで、荷重強度を保持していた。ここで、ピラー用の衝撃吸収部材として好ましい性質は、荷重が最大強度に達して降伏点を越えた後、降伏点近傍の荷重が引き続き加わっても、一定の変位に達するまでは荷重強度を保持し続けるというものである。したがって、比較例３は、比較的エネルギー吸収率が高く、かつ、衝撃吸収部材として好ましいと考えられる。
【００４４】
しかしながら、実施例１は、図１２によると比較例３よりも更にエネルギー吸収率が高かった。これは、単に側方部位に斜め方向の配置の強化繊維のみを積層するよりも、長手方向にも強化繊維を配置することで、衝撃吸収部材が十分にエネルギー吸収をする前に側方部位の座屈変形による荷重の減少がなくなるためである。更に、曲げ変形時に発生する引張力に対して抵抗力が増えるからである。
【００４５】
以上から、本発明にかかる実施例１に示す積層構成が、大きなエネルギー吸収効率を達成できることが分った。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る衝撃吸収部材が好適に用いられる自動車を示す図面である。
【図２】図１におけるＡ付近の拡大図である。
【図３】圧縮部位の好適な積層構成の一態様を示す図面である。
【図４】側方部位の好適な積層構成の一態様を示す図面である。
【図５】引張部位の好適な積層構成の一態様を示す図面である。
【図６】従来一般的な衝撃吸収部材１００に荷重が加わったときの概念図である。
【図７】衝撃吸収部材の圧縮部位及び側方部位に亀裂が入った状態を示す図である。
【図８】側方部位の両端固定支持状態を示す図面である。
【図９】側方部位の移動ピン支持状態を示す図面である。
【図１０】積層構成の異なる繊維強化材料の引張試験の結果を示す表である。
【図１１】衝撃吸収部材の具体的な積層構成を表す表である。
【図１２】三点曲げの試験結果の荷重変位曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  センターピラー
５０  自動車
１００  衝撃吸収部材
２００  衝撃吸収部材
２１０  圧縮部位
２１１  圧縮部位亀裂
２２０  側方部位
２２１  側方部位亀裂
２３０  引張部位
７００  支点
【図１】
2006188141.tif 000003
【図２】
2006188141.tif 000004
【図３】
2006188141.tif 000005
【図４】
2006188141.tif 000006
【図５】
2006188141.tif 000007
【図６】
2006188141.tif 000008
【図７】
2006188141.tif 000009
【図８】
2006188141.tif 000010
【図９】
2006188141.tif 000011
【図１０】
2006188141.tif 000012
【図１１】
2006188141.tif 000013
【図１２】
2006188141.tif 000014